悬臂灌注桩塔吊基础设计与施工

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Tianjun9
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  [摘要]:通过对大面积地下室的建筑群、软弱土层基础及深基础工程桩承台塔吊基础的布置与计算,采用悬臂灌注桩作为塔吊基础的支撑构件,代替传统的格构式桩承台基础,起到施工快捷,塔吊基础刚度高、稳定性好等特点;减少了格构式灌注桩塔吊基础承载施工的麻烦,避免了格构式塔吊基础在土方开挖过程中需分步支撑加固造成土方开挖间隙,提高了工效、节约了工期。
  [关键词]:悬臂灌注桩;塔吊基础;承台;计算
  中图分类号:TU473文献标识码: A
  1 前言
  随着社会的进步,较大商业工程或较大住宅区均考虑综合利用地下室作为人防及地下车库,以较好的利用空间资源,节约土地的占用量,提高土地的综合利用效率,出现了较多楼座下部为大型地下室,上部楼座建筑。此类建筑形式给建筑施工时的塔吊布置造成了一定的难度,为了考虑建筑物的垂直运输,部分塔吊必须布置于地下室内的适当位置,早期一般均采用型钢格构式钢架支承于钻孔灌注桩上作为塔吊承台支撑柱、也有钢管支承于钻孔灌注桩上作为支撑柱。通过改进,采用钢筋混凝土灌注桩直接引升至地下室内或地下室顶板上部,作为塔吊基础承台柱,解决了原有施工方法的较多缺陷,成为一种有效的施工方法。
  2 悬臂桩塔吊基础的设计计算
  2.1 悬臂混凝土灌注桩塔吊基础构造原理
  悬臂桩塔吊基础的设计流程如图2-1所示:
  
  
  
  图2-1塔吊基础设计流程
  灌注桩在基础土层以上悬臂部分除起到对承台的支撑作用以外,还要抵抗塔吊转动时产生的水平扭矩,以及风荷载作用所产生的水平推力。灌注桩悬臂部分与钢筋混凝土承台形成一个框架体,起到抵抗塔吊转动时产生的水平扭矩和水平推力。对于悬臂超过一定高度时,在灌注桩之间的适当高度范围内增加钢支撑,使悬臂部分形成空间结构体系,以保证悬臂桩承台的整体稳定性。
  2.2 悬臂混凝土灌注桩塔吊基础配置
  塔吊技术参数:按塔吊型号,根据最大独立高度状态下塔吊自重、塔吊最大倾覆力矩及塔吊所处地区风荷载进行计算。
  承台技术参数:承台边长4.2m~5.0m左右,厚度1.2m~1.30m,混凝土强度等级C35。
  承台支承桩技术参数:桩中心距2.8m~3.8m,桩径600mm~800mm,桩悬臂高度为1.5~12.0m,桩高出基础筏板部分高度根据施工情况和建筑地下室情况而定。灌注桩进入基础底板下土层深度根据地勘报告的土层情况进行计算,桩配筋一般为8Φ18,采用Φ6@200螺旋箍筋,钢筋笼每2.0m长加设一道Φ12加强箍筋。计算时桩承载安全系数取1.25,同时桩身入土长度需大于桩悬臂长度的1.2倍,以保证桩身的侧向稳定。
  悬臂桩塔吊基础受力原理示意图如图2-2所示:
  
  
  
  图2-2悬臂桩塔吊受力原理图
  3 施工工艺流程及操作要点
  3.1 施工工艺流程
  3.1.1 钢筋混凝土灌注桩
  施工钢筋混凝土灌注桩,钢筋笼指定部位设置连接埋件→下钢筋笼→预埋塔身地脚→浇筑塔基混凝土→安装塔吊→随基坑开挖焊接钢斜撑(桩身悬臂长度≥12.0m时)
  3.1.2、预制预应力空心桩(PHC桩)
  PHC桩定位、压桩→土方开挖→预制桩桩芯清理→预制桩入土局部及悬臂部分补芯钢筋笼→补芯混凝土灌筑→塔吊基础承台钢筋混凝土施工→安装塔吊→随基坑开挖焊接钢斜撑(桩身悬臂长度≥5.0m时,具体根据桩径、桩间距计算确定)
  3.2 悬臂桩承台塔吊基础有关参数的选择
  3.2.1 灌注桩有关参数的选择
  ⑴.桩径:塔吊基础的桩径一般选用600mm,也可以选用600~800mm之间。
  ⑵.桩间距:塔吊基础利用混凝土灌注桩作为支撑桩,为了尽量减少塔吊基础占地面积,同时又能有效地抵抗塔吊倾覆力矩,支撑桩中心距应取值合理(根据地下室基础底板承台位置、梁柱位置及塔吊布置位置),一般宜取2.8m~4.0m。
  ⑶.桩长:灌注桩悬臂高度根据塔吊承台离地下室顶板间的距离,考虑施工方便、经济合理来确定;灌注桩入土深度,塔吊基础桩身长度根据塔吊型号、基础承台设置标高及地基土层土质情况,经过计算确定。
  为便于塔吊的安装及混凝土承台的后期拆除,塔吊基础底标高可以位于地下室顶板以上,也可以设置于地下室内,具体根据施工现场因素综合考虑。
  ⑷.灌注桩配筋:一般型号塔吊选用600mm桩的最小配筋率根据《塔式起重机混凝土基础技术规程》(JGJT187-2009)要求为0.2%~0.65%,小直径取大值,取0.65%。
  ⑸.灌注桩混凝土强度等级:灌注桩身混凝土强度应采用C30。
  3.2.2 塔吊基础有关数据的选择
  ⑴.基础承台形式:选用板式,宜采用暗梁式。采用板式承台時,承台的配筋为:承台板底钢筋为:HRB400,Φ22@180;承台板面钢筋为:HRB400,Φ16@180。方形承台双向配筋相同,对于矩形承台,需另行计算尺寸差异较大边长的配筋。
  ⑵.基础承台厚度:选用1.0m~1.3m厚(《塔式起重机混凝土基础技术规程》规定不小于1.0m,取最小值)。
  ⑶.基础承台边长:边长宜为3.8m~5.0m,具体根据桩的布置间距确定,应不小于桩中心距与桩径二者之和加0.4m。
  3.3 施工操作要点
  ⑴.在建筑桩基础施工前,需根据建筑结构造型、建筑基础底板布局等确定桩的布置位置、桩间距、桩入土深度和桩悬臂高度。桩的布局应根据塔吊安装使用的最合理的位置考虑,以提高塔吊运行的安全性、使用效率以及安装拆除的方便。
  塔吊的位置尽量布置于地下室结构板的跨中,避免塔吊平面投影位置与结构梁交叉,如果产生交叉,则必须需将塔吊基础布置于地下室顶板上部,此时,只要保证悬臂灌注桩与结构梁间保持不小于0.5m以上距离。
  ⑵.根据确定的桩位,在建筑桩基施工的同时或过程中进行塔吊基础桩的定位和施工。
  ⑶.灌注桩的施工应根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)要求进行施工。
  灌注桩顶部钢筋高度应高于塔吊基础承台底0.7m,桩顶混凝土超灌高度不小于0.5m。在塔吊基础承台施工前,应剔除桩顶超灌部分混凝土,桩混凝土部分锚入承台高度为50mm,要求锚入承台部位桩顶剔凿平顺。锚入承台钢筋不小于35倍钢筋直径。如图4.3-2所示。
  
  
  
  
  ⑷.基础灌注桩完成一周后,可以进行塔吊基础承台施工。应根据设定的承台底标高位置将土层开挖平整,将悬臂桩端清理干净,将桩端钢筋整理顺直。
  ⑸.承台底的土层表面最好铺设一层模板,以利于承台底部光滑平整,也可以铺设一层塑料膜或油毡隔离层,以避免承台混凝土底直接与土层接触。然后,在基层上底板绑扎钢筋,绑扎完成后,应采用预制混凝土垫块将板底钢筋垫起,以保证底板钢筋保护层满足设计要求,保护层厚度设计为50mm,保护垫块间距宜为1.0m~1.2m。绑扎承台上部钢筋时,应预先架设钢筋马凳,以保证上下层间钢筋间距的正确,且使上层钢筋稳定可靠,上层钢筋绑扎好后绑扎上下层钢筋间的拉筋。如图4.3-2所示。
  ⑹.承台钢筋绑扎完成检查质量合格后,在上部钢筋上弹出塔吊安装控制线,然后根据控制线,安装塔吊地脚螺栓。安装地脚螺栓时,应将每个角上的地脚螺栓采用定位模板定位,即将地脚螺栓上部螺杆穿过定位板,用螺帽临时固定,螺杆上部套塑料管或缠塑料薄膜,以保证螺杆不被污染。塔吊四角地脚螺栓的定位板间可以通过连接三角形组合架进行整体稳定,以保证地脚螺栓的整体位置的精确可靠。安装后,应校正螺杆的位置和垂直度,以保证塔吊标准节安装就位的正确性。
  ⑺.模板支设。基础承台侧模板采用斜撑固定,即四周侧向模板可以采用三角形支撑架进行单侧支模方式支设。也可以将板拉结螺杆焊接在上下排钢筋端部,要求承台两侧面的螺杆拉设于同一根钢筋的两端,螺杆直径为14mm,这样可以保持受力平衡,拉接螺杆水平间距按不大于380mm设置,上下螺杆间采用2根48×3.0钢管作为主背楞,模板采用16mm厚胶合板模板,次背楞采用50×100mm木枋,间距250mm。如图4.3-2所示。
  ⑻.混凝土浇筑。承台采用商品混凝土,强度等级不低于C35,混凝土坍落度不大于180mm。混凝土浇筑时,应杜绝振捣棒碰撞塔吊基础地脚螺栓,避免振捣棒撬插于钢筋上进行振捣混凝土。
  承台表面混凝土收抹时,应使用刮尺调平,并使用水平尺检查塔吊塔身部位的水平度,保证塔吊基础节安装时平整度。
  ⑼.塔吊安装。塔吊基础浇筑完成,在其混凝土强度达到C30以上时方可进行塔吊的安装,塔吊初始高度安装完成后,应将塔吊塔身与塔吊基础进行避雷接地连接。塔吊基础的避雷接地,通过在塔吊四个基础灌桩上各利用一根桩钢筋,将四根桩上的各一根主筋通过-4×40的镀锌扁钢焊接连接,然后引至塔吊基础表面,在塔吊基础浇筑完成后,应对引出避雷带进行接地电阻测试,要求测试电阻值≤10Ω。塔吊安装完成后,将塔吊避雷引下线与镀锌扁钢与之通过压接螺栓固定连接。塔吊安装后,需经当地特检所进行塔吊安装验收,验收合格后方可正式运行使用。
  
  
  
  ⑽.塔吊基礎段土方开挖。塔吊安装完成后,塔吊基础部分的土方开挖需在塔吊基础悬臂灌注桩的强度达到C25后进行,同时塔吊基础的混凝土强度满足C35的要求。土方开挖过程中,挖掘机应避免碰撞塔吊基础悬臂桩,附桩土可以采用人工挖掘,挖掘机配合清运的方式进行。
  ⑾.结构与悬臂桩间连接处理。塔吊基础悬臂桩需穿越建筑结构基础筏板及楼层板,在悬臂桩加工制作时,桩与基础筏板间的防水处理措施及钢筋连接措施如图4.3-4、4.3-5所示。
  为了保证悬臂桩与基础筏板间有效结合,在进行基础底板施工前,应先清理干净垫上部至筏板上口段灌注桩身表面的浮浆,将桩身凿毛并清理干净,在筏板中部位置剔凿一道100mm高深度至桩身钢筋的凹槽,作为桩身与基础筏板间结合面。
  在基础底板防水施工时,将防水层卷至桩根部,再采用密封胶进行封闭。在筏板钢筋绑扎过程中,应在桩身用水泥钢钉固定2道遇水膨胀橡胶止水条,使基础筏板与桩身间良好接合,避免留设后浇带。悬臂桩穿越结构楼板层,也需在楼板部位进行钢筋加强,采取板筋部位预留洞口的方式进行加强处理,做法如图4.3-4所示。
  ⑿.悬臂桩塔吊基础拆除。
  塔吊使用完毕,拆除塔吊后,采用气镐进行基础承台和悬臂桩的拆除。拆除前应根据基础承台及悬臂桩的高度,在其周边搭设防护脚手架,脚手架外侧采用竹笆片或密目网进行围护,以防止混凝土碎块散落;防护架应包围基础桩四周,架体与桩身间采取拉结连接,以保证架体稳定。
  拆除时必须从上而下逐段拆除,先进行基础承台的拆除,然后进行桩身拆除。桩身拆除至结构楼板层或基础筏板面时,应将桩身混凝土剔凿向板下50mm左右,然后切除桩身钢筋,清理干净桩面,对桩面进行高一等级细石混凝土修补。
  4 应用范围
  直径600mm的悬臂灌注桩的空间结构的稳定性远远大于500×500的钢格构式柱,经计算相同悬臂高度桩的抗扭强度和抗弯刚度,灌注桩远大于钢格构桩,灌注桩的悬臂高度在15.0m范围内无需增加内部支撑,而钢格构桩计算长度超过8.0m时需增加水平剪刀撑,剪刀撑的竖向间距不超过6.0m,否则需增加型钢构件的截面型号。
  4.1 悬臂灌注桩承台塔吊基础有效解决以下问题
  ⑴.地下工程施工期间的水平及垂直运输的问题,解决了施工进度和劳动强度,提高施工效率,缩短施工工。⑵.塔吊基础的布置位置可选范围较大,便于主楼施工中塔吊附着杆件的安装。⑶.塔吊基础施工位于地表施工,大大降低了施工难度,施工质量容易控制,避免了较深塔吊基础施工中的安全隐患。
  4.2 悬臂灌注桩承台塔吊基础适用范围
  ⑴.适用于设有整体地下室的群体建筑工程。⑵.适用于设有地下室的建筑物,而建筑物周边场地狭小,无法布置垂直运输机械的工程。⑶.适用于整体地下室深度较大,特别是深基坑工程。
  参考文献
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  陆汉时(1965.11),男,江苏省南通市通州区,1988年毕业于东南大学工民建专业,高级工程师,江苏南通二建集团有限公司
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